ออกแบบและผลิตบอร์ดแยกสัญญาณ RS232 ขับเอาต์พุต 24 โวลต์ สำหรับผู้ผลิตเกจและระบบวัดชิ้นงาน
บอร์ดแยกสัญญาณ (Isolation Board) รุ่น IDB9 คือบอร์ดที่เราออกแบบและผลิตให้ผู้ผลิตเกจและระบบวัดชิ้นงาน เพื่อให้คอมพิวเตอร์สั่งเปิด-ปิดเอาต์พุต 24 โวลต์ 5 ช่องผ่านพอร์ต RS232 เราออกแบบวงจรในปี 2559 และลูกค้าสั่งผลิตบอร์ดรุ่นเดียวกันซ้ำหลายล็อตระหว่างปี 2561–2565
- อุตสาหกรรม
- การผลิตทั่วไป
- ปี
- 2559–2565
- ขอบเขตงาน
- ออกแบบวงจรและ PCB และผลิตบอร์ด Isolate Board IP DB9 (IDB9) ตามคำสั่งซื้อเป็นล็อต สเปกตามเอกสารผลิตภัณฑ์: ไฟเลี้ยง 5 โวลต์ รับคำสั่งผ่าน RS232 (DB9) อินพุต 1 ช่อง เอาต์พุตดิจิทัล 5 ช่อง ช่องละ 24–26 โวลต์ พิกัดกระแสช่องละไม่เกิน 3 แอมป์ (กระแสใช้งานจริงขึ้นกับแหล่งจ่ายไฟ) ต่อสายด้วยขั้วต่อขันสกรู (Terminal Block) ขนาดบอร์ด 89 x 57.5 x 15 มม.
สรุปสั้น
- บอร์ดแยกสัญญาณ (Isolation Board) รุ่น IDB9 คือบอร์ดที่เราออกแบบให้ผู้ผลิตเกจและระบบวัดชิ้นงานในปี 2559 เพื่อให้คอมพิวเตอร์สั่งเปิด-ปิดเอาต์พุต 24 โวลต์ 5 ช่องผ่านพอร์ต RS232 (หัว DB9)
- สัญญาณคำสั่งจากคอมพิวเตอร์ผ่านออปโตคัปเปลอร์ (Optocoupler) ก่อนถึงมอสเฟต (MOSFET) ที่ขับเอาต์พุต ส่วนไฟ 24–26 โวลต์มาจากวงจรแปลงไฟ DC-DC บนบอร์ดที่รับไฟเลี้ยง 5 โวลต์
- เอกสารผลิตภัณฑ์ระบุพิกัดกระแสช่องละไม่เกิน 3 แอมป์ และระบุว่ากระแสใช้งานจริงขึ้นกับแหล่งจ่ายไฟ
- ลูกค้าสั่งบอร์ดรุ่นเดียวกันซ้ำหลายล็อต: ใบสั่งซื้อปี 2561 มี 10 ชุด สรุปโครงการปี 2563 บันทึกว่าส่งของครบ 22 ชุด และล็อตที่ส่งของในเดือนพฤศจิกายน 2565 มี 10 ชุด (ไม่รวมเป็นยอดเดียว)
โจทย์หน้างาน
ลูกค้าต้องการให้คอมพิวเตอร์สั่งเปิด-ปิดอุปกรณ์ที่ใช้ไฟ 24 โวลต์ ตัวอย่างในเอกสารผลิตภัณฑ์คือไฟแสดงสถานะเมื่อชิ้นงานที่วัดไม่ผ่าน พอร์ต RS232 ของคอมพิวเตอร์จ่ายไฟระดับนี้เองไม่ได้ จึงต้องมีบอร์ดตัวกลางที่รับคำสั่งแล้วขับเอาต์พุตแทน
สิ่งที่เราทำ
เราออกแบบวงจรและแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) ของบอร์ด Isolate Board IP DB9 (IDB9) ในปี 2559 คอมพิวเตอร์ส่งคำสั่งผ่านหัวต่อ DB9 สัญญาณผ่านออปโตคัปเปลอร์ (Optocoupler) แล้วมอสเฟต (MOSFET) เปิด-ปิดเอาต์พุต 5 ช่องที่ใช้ไฟ 24–26 โวลต์จากวงจรแปลงไฟ DC-DC บนบอร์ด จากนั้นเราผลิตบอร์ดตามคำสั่งซื้อเป็นล็อต
ผลลัพธ์
ลูกค้าสั่งบอร์ดรุ่นเดียวกันซ้ำหลายล็อต ใบสั่งซื้อปี 2561 มี 10 ชุด และสรุปโครงการปี 2563 บันทึกว่าส่งของครบ 22 ชุด ล็อตที่ส่งของในเดือนพฤศจิกายน 2565 มี 10 ชุด และออกใบเสร็จรับเงินครบ 10 ชุดในเดือนธันวาคม 2565
ที่มาของโจทย์
โจทย์ของเคสนี้คือการให้คอมพิวเตอร์สั่งอุปกรณ์ที่ใช้ไฟ 24 โวลต์ได้โดยตรงจากโปรแกรม ลูกค้าเป็นผู้ผลิตเกจและระบบวัดชิ้นงาน ตัวอย่างการใช้งานในเอกสารผลิตภัณฑ์ของบอร์ดคือการสั่งไฟแสดงสถานะเมื่อชิ้นงานที่วัดไม่ผ่าน
เครื่องวัดหรือเครื่องตรวจชิ้นงานจำนวนมากใช้คอมพิวเตอร์ตัดสินผล แต่ผลนั้นต้องออกมาเป็นสิ่งที่พนักงานเห็นได้ทันที เช่น ไฟแสดงสถานะ อุปกรณ์เหล่านี้มักใช้ไฟ 24 โวลต์ ซึ่งพอร์ต RS232 ของคอมพิวเตอร์จ่ายเองไม่ได้ จึงต้องมีบอร์ดตัวกลางที่รับคำสั่งแล้วขับเอาต์พุตแทน
ข้อกำหนดและข้อจำกัด
ข้อกำหนดของบอร์ดมาจากเอกสารผลิตภัณฑ์ บอร์ดรับคำสั่งทาง RS232 และใช้ไฟเลี้ยง 5 โวลต์ชุดเดียว แล้วสร้างไฟ 24–26 โวลต์บนบอร์ดเอง สเปกมีดังนี้
สเปกบอร์ด IDB9 ตามเอกสารผลิตภัณฑ์
| รายการ | ค่า |
|---|---|
| ไฟเลี้ยงบอร์ด | 5 โวลต์ |
| ช่องทางรับคำสั่ง | RS232 ผ่านหัวต่อ DB9 |
| อินพุต | 1 ช่อง |
| เอาต์พุตดิจิทัล | 5 ช่อง ช่องละ 24–26 โวลต์ |
| พิกัดกระแสต่อช่อง | ไม่เกิน 3 แอมป์ (กระแสใช้งานจริงขึ้นกับแหล่งจ่ายไฟ) |
| การต่อสายเอาต์พุต | ขั้วต่อขันสกรู (Terminal Block) |
| ขนาดบอร์ด | 89 x 57.5 x 15 มม. |
ข้อจำกัดที่ต้องรู้คือเรื่องกระแส ค่า 3 แอมป์เป็นพิกัดต่อช่องตามเอกสารผลิตภัณฑ์ ส่วนกระแสที่ใช้ได้จริงเมื่อเปิดหลายช่องพร้อมกันขึ้นกับแหล่งจ่ายไฟ ก่อนใช้งานหลายช่องพร้อมกัน ต้องตรวจโหลดรวมกับแหล่งจ่ายไฟ
บอร์ด IDB9 รับคำสั่งจากคอมพิวเตอร์แล้วขับไฟ 24 โวลต์อย่างไร
บอร์ด IDB9 รับคำสั่งจากคอมพิวเตอร์ทางพอร์ต RS232 ส่งสัญญาณคำสั่งผ่านออปโตคัปเปลอร์ แล้วให้มอสเฟตเปิด-ปิดเอาต์พุตแต่ละช่อง ไฟ 24–26 โวลต์ของเอาต์พุตมาจากวงจรแปลงไฟ DC-DC บนบอร์ด คอมพิวเตอร์จึงส่งเพียงคำสั่ง และไม่ต้องจ่ายไฟให้อุปกรณ์เอง
- 1
คอมพิวเตอร์ส่งคำสั่งผ่าน RS232
คอมพิวเตอร์ต่อกับบอร์ดด้วยสายเข้าหัวต่อ DB9 ซึ่งเป็นพอร์ตอนุกรม RS232 ที่พบได้ทั่วไปในเครื่องคอมพิวเตอร์อุตสาหกรรม
- 2
สัญญาณคำสั่งผ่านออปโตคัปเปลอร์
สัญญาณคำสั่งผ่านออปโตคัปเปลอร์ (ชิปที่ส่งสัญญาณข้ามวงจรด้วยแสง) ก่อนไปถึงวงจรขับเอาต์พุต
- 3
มอสเฟตเปิด-ปิดเอาต์พุต 5 ช่อง
มอสเฟต (MOSFET คือสวิตช์อิเล็กทรอนิกส์ที่ไม่มีหน้าสัมผัสกลไก) แต่ละตัวคุมเอาต์พุตหนึ่งช่อง
- 4
วงจร DC-DC สร้างไฟ 24–26 โวลต์บนบอร์ด
บอร์ดใช้ไฟเลี้ยง 5 โวลต์ แล้ววงจรแปลงไฟ DC-DC บนบอร์ดยกแรงดันขึ้นเป็น 24–26 โวลต์สำหรับเอาต์พุต
- 5
ต่อสายอุปกรณ์ที่ขั้วต่อขันสกรู
สายของไฟแสดงสถานะหรืออุปกรณ์ปลายทางต่อเข้าขั้วต่อแบบขันสกรู (Terminal Block) ที่ขอบบอร์ด ถอดเปลี่ยนสายได้โดยไม่ต้องบัดกรี
บอร์ดตัวกลางแบบนี้แบ่งหน้าที่ให้ชัด โปรแกรมบนคอมพิวเตอร์ส่งเพียงคำสั่งผ่านพอร์ตสื่อสาร ส่วนการจ่ายไฟให้อุปกรณ์อยู่ที่วงจรขับบนบอร์ด บอร์ดสเปกเดียวกันยังสั่งผลิตเป็นล็อตได้ แทนการต่อวงจรเองหน้างานทีละเครื่อง
ออปโตคัปเปลอร์คืออะไร
ออปโตคัปเปลอร์ (Optocoupler หรือ Photocoupler) คือชิปที่มีหลอด LED กับตัวรับแสงอยู่ในตัวเดียวกัน ฝั่งหนึ่งเปลี่ยนสัญญาณไฟฟ้าเป็นแสง อีกฝั่งรับแสงแล้วเปลี่ยนกลับเป็นสัญญาณไฟฟ้า สัญญาณจึงข้ามจากวงจรหนึ่งไปอีกวงจรหนึ่งด้วยแสงภายในชิป ส่วนทั้งระบบจะแยกกราวด์หรือไม่ ขึ้นกับการออกแบบวงจรรอบข้าง รวมถึงวงจรไฟเลี้ยง
สิ่งที่ส่งมอบ
สิ่งที่เราส่งมอบคือบอร์ด IDB9 ตามจำนวนในคำสั่งซื้อแต่ละล็อต บอร์ดผลิตจากแบบวงจรและแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) ที่เราออกแบบในปี 2559
เราจัดทำเอกสารผลิตภัณฑ์ของบอร์ดไว้ด้วย เอกสารนี้ระบุสเปกในตารางด้านบน และยกตัวอย่างการใช้สั่งไฟแสดงสถานะ
ลูกค้าสั่งผลิตบอร์ดรุ่นนี้ซ้ำอย่างไร
ลูกค้าสั่งบอร์ด IDB9 แบบเดิมซ้ำเป็นล็อต โดยมีเอกสารคำสั่งซื้อหรือการส่งของในปี 2561 ปี 2563 และปี 2565 และไม่ต้องออกแบบใหม่ ลำดับตามเอกสารมีดังนี้
- ปี 2559: เราออกแบบวงจรและ PCB ของบอร์ด IDB9
- ปี 2561: ใบสั่งซื้อบอร์ด 10 ชุด
- ปี 2563: สรุปโครงการบันทึกว่าส่งของครบ 22 ชุด
- ปี 2565: ลูกค้าสั่งเพิ่มอีก ล็อตที่ส่งของในเดือนพฤศจิกายนมี 10 ชุด
เอกสารไม่ได้ระบุว่าจำนวนในแต่ละช่วงซ้อนกันหรือไม่ เราจึงไม่นำตัวเลขมารวมเป็นยอดเดียว
ผลที่ยืนยันได้จากคำสั่งซื้อและการส่งของ
ผลที่ยืนยันได้ของเคสนี้คือการสั่งผลิตซ้ำ ผู้ผลิตเกจและระบบวัดชิ้นงานรายนี้สั่งบอร์ด IDB9 รุ่นเดียวกันซ้ำตั้งแต่ปี 2561 ถึงปี 2565
เราส่งบอร์ด IDB9 จำนวน 10 ชุดในเดือนพฤศจิกายน 2565 และออกใบเสร็จรับเงินครบ 10 ชุดในเดือนธันวาคม 2565 เคสนี้ไม่มีข้อมูลผลการใช้งานบอร์ดที่เครื่องของลูกค้า เราจึงรายงานเฉพาะคำสั่งซื้อและการส่งของที่มีเอกสาร
สิ่งที่เราเรียนรู้
งานนี้ให้หลักการ 3 ข้อสำหรับงานออกแบบบอร์ดที่รับคำสั่งจากคอมพิวเตอร์แล้วขับอุปกรณ์ในเครื่องจักร
- การมีออปโตคัปเปลอร์บนบอร์ดยังไม่ได้แปลว่าทั้งระบบแยกกราวด์ ถ้างานต้องแยกกราวด์หรือต้องกันไฟกระชาก ต้องเขียนเป็นข้อกำหนดตั้งแต่ต้น และตรวจทั้งเส้นทางสัญญาณและวงจรไฟเลี้ยง
- พิกัดกระแสต่อช่องกับกำลังของแหล่งจ่ายไฟเป็นคนละค่ากัน เอกสารผลิตภัณฑ์ต้องแยกสองค่านี้ให้ชัด และต้องตรวจโหลดจริงเมื่อเปิดหลายช่องพร้อมกัน
- บอร์ดที่ลูกค้าสั่งผลิตซ้ำต้องเก็บแบบวงจร รายการชิ้นส่วน และเอกสารผลิตภัณฑ์ไว้เป็นชุดเดียวกัน ในงานนี้ ลูกค้าสั่งบอร์ดรุ่นที่ออกแบบในปี 2559 ซ้ำจนถึงปี 2565
นำแนวทางนี้ไปใช้กับงานของคุณได้อย่างไร
ถ้าคอมพิวเตอร์หรือโปรแกรมของคุณต้องสั่งไฟแสดงสถานะหรืออุปกรณ์ 24 โวลต์ คุณใช้แนวทางเดียวกับเคสนี้ได้ คือให้คอมพิวเตอร์ส่งคำสั่ง และให้บอร์ดตัวกลางรับหน้าที่ขับเอาต์พุต ส่วนที่ต้องปรับขึ้นกับช่องทางสั่งงาน จำนวนช่อง และโหลดจริงของอุปกรณ์ปลายทาง
ส่วนที่ใช้ซ้ำได้ และส่วนที่ต้องปรับ
| ส่วนของบอร์ด | ในเคสนี้ | ต้องปรับเมื่อ |
|---|---|---|
| ช่องทางรับคำสั่ง | RS232 ผ่านหัวต่อ DB9 | ตัวควบคุมของคุณไม่มีพอร์ต RS232 หรือใช้ช่องทางสื่อสารแบบอื่น ต้องออกแบบส่วนรับคำสั่งใหม่ |
| จำนวนช่องเอาต์พุต | 5 ช่อง | ต้องการจำนวนช่องต่างจากนี้ ต้องปรับแบบวงจรและขนาดบอร์ด |
| แรงดันและกระแส | 24–26 โวลต์จากวงจร DC-DC บนบอร์ด | อุปกรณ์ปลายทางใช้แรงดันอื่น หรือใช้กระแสสูงเมื่อเปิดหลายช่องพร้อมกัน ต้องตรวจแหล่งจ่ายไฟและวงจรขับใหม่ |
| การแยกกราวด์ | สัญญาณคำสั่งผ่านออปโตคัปเปลอร์ก่อนถึงวงจรขับ | งานของคุณต้องแยกกราวด์ระหว่างฝั่งคอมพิวเตอร์กับฝั่งอุปกรณ์ ต้องกำหนดเป็นข้อกำหนดและออกแบบวงจรไฟเลี้ยงให้รองรับ |
| การผลิต | ผลิตเป็นล็อตตามคำสั่งซื้อจากแบบเดิม | ต้องการบอร์ดจำนวนมาก หรือต้องประกอบในตู้ที่มีขนาดจำกัด ต้องตกลงขนาดและตำแหน่งยึดก่อน |
- สรุปจำนวนช่องเอาต์พุต แรงดัน และกระแสที่อุปกรณ์ปลายทางใช้จริง รวมถึงจำนวนช่องที่ต้องเปิดพร้อมกัน
- ระบุช่องทางที่คอมพิวเตอร์หรือตัวควบคุมจะใช้สั่งงาน และรูปแบบคำสั่งที่โปรแกรมจะส่ง
- บอกแหล่งไฟเลี้ยงบอร์ด ขนาดที่ใส่ได้ และตำแหน่งยึดในตู้หรือในตัวเครื่อง
- ประเมินจำนวนต่อล็อตและแผนสั่งผลิตซ้ำ เพื่อเก็บแบบวงจรและรายการชิ้นส่วนไว้ใช้ล็อตถัดไป
เทคโนโลยีที่ใช้
คำถามที่พบบ่อย
บอร์ด IDB9 ทำอะไรได้บ้าง
บอร์ด IDB9 รับคำสั่งจากคอมพิวเตอร์ผ่านพอร์ต RS232 (หัว DB9) แล้วเปิด-ปิดเอาต์พุตดิจิทัล 5 ช่อง ช่องละ 24–26 โวลต์ ใช้สั่งไฟแสดงสถานะ เช่น ไฟบอกว่าชิ้นงานที่วัดไม่ผ่าน หรืออุปกรณ์ปลายทางอื่นที่ใช้ไฟระดับนี้ เอกสารผลิตภัณฑ์ระบุพิกัดกระแสช่องละไม่เกิน 3 แอมป์ ส่วนกระแสที่ใช้ได้จริงพร้อมกันหลายช่องขึ้นกับแหล่งจ่ายไฟ ควรแจ้งโหลดจริงให้เราตรวจก่อน
บอร์ดนี้แยกกราวด์หรือกันไฟกระชากเข้าคอมพิวเตอร์ได้ไหม
เอกสารของบอร์ดนี้ไม่ได้ระบุเรื่องแยกกราวด์หรือกันไฟกระชาก สิ่งที่ยืนยันได้คือสัญญาณคำสั่งจากคอมพิวเตอร์ผ่านออปโตคัปเปลอร์ก่อนถึงวงจรขับเอาต์พุต ถ้างานของคุณต้องแยกกราวด์ระหว่างฝั่งคอมพิวเตอร์กับฝั่งอุปกรณ์ หรือต้องกันไฟกระชาก ควรแจ้งเป็นข้อกำหนดตั้งแต่ขั้นออกแบบ
สั่งผลิตซ้ำในสเปกเดิมได้ไหม
ได้ ในเคสนี้ลูกค้าสั่งบอร์ดรุ่นเดียวกันซ้ำหลายล็อต ตั้งแต่ใบสั่งซื้อปี 2561 จนถึงล็อตที่ส่งของในปี 2565
ถ้าต้องการจำนวนช่อง แรงดัน หรือพอร์ตสั่งงานต่างจากนี้ทำได้ไหม
ต้องดูโจทย์ก่อน เราต้องรู้จำนวนช่อง แรงดันและกระแสของอุปกรณ์ปลายทาง และช่องทางที่ตัวควบคุมใช้สั่งงาน จึงจะบอกได้ว่าปรับจากแบบเดิมได้หรือต้องออกแบบใหม่
ราคาและระยะเวลาผลิตเท่าไร
ไม่มีราคามาตรฐาน ราคาและระยะเวลาขึ้นกับสเปกและจำนวนต่อล็อต ขอใบเสนอราคาพร้อมรายละเอียดงาน แล้วเราจะประเมินจากโจทย์จริงของคุณ
